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我国新兴肥料产业发展与科技创新
发布者:时间:2016-04-27浏览次数:1244

 

沈其荣  李荣  张瑞福

 

 (国家有机肥类肥料工程技术研究中心,农业部长江中下游植物营养与肥料重点实验室,江苏省固体有机废弃物资源化高技术研究重点实验室,江苏省有机固体废弃物资源化协同创新中心,南京农业大学资源与环境科学学院,江苏南京,210095

 

   作者简介:沈其荣,男,南京农业大学学术委员会主任,国家有机类肥料工程技术研究中心主任,国家973计划首席科学家,国家863计划现代农业领域主题专家,国家自然科学基金委生命科学部咨询委员会委员,教育部、农业部科技委委员,中国植物营养与肥料学会常务理事兼中国有机肥专业委员会主任,中国有机(类)肥料产业技术创新战略联盟理事长,迄今发表SCI论文241篇,H指数28,获中国发明专利37件、美国发明专利2件,获中国专利金奖1项和江苏省专利金奖1项,获国家技术发明二等奖1项、江苏省科学技术一等奖1项、教育部科技进步一等奖2项等。

  

    肥料按照化学成分分类可分为化肥和有机类肥料,化肥又分为单质化肥、复合化肥和缓控释化肥;有机类肥料又分为商品有机肥、商品有机无机复合肥、商品微生物有机肥和有机+无机+生物(商品全元生物有机肥)。按照物理状态分类又可分为液体化肥和液体有机类肥料,液体化肥又分为氨基酸液体肥、腐殖酸液体肥、生长调节剂液体肥、微生物液体肥、有机无机液态肥和有机无机生物液态肥。我国目前每年消耗5900万吨养分资源的化肥,占世界化肥总消耗量的30%左右,化学氮肥利用率仅30%,损失率高达60%,大大消耗了用于化肥生产的不可再生资源(煤炭、天然气),长期过量施用化肥、尤其是化学氮肥,导致我国土壤结构遭到严重破坏、有机质含量急剧下降、土壤微生物群落结构严重失衡等一系列突出的问题。因此,发展新型肥料,增强土壤活力,以可持续提高作物产量显得异常重要。另一方面,我国每年产生大量的畜禽粪污、作物秸秆、农产品加工废弃物和厨余物、城镇污泥等,如不很好利用,对我国环境造成污染。如何研究和开发新型肥料,并合理施用,成为我国农业发展的重要课题。

    增施有机肥和人工引入有益微生物,再结合农业其它管理措施等可以有效提升土壤有机质含量、调控土壤微生物区系和增加土壤生物活性,达到利用土壤微生物内生态的自我稳定机制、平衡土壤微生物区系、提高土壤养分供应能力和防控土传病害的发生等目的。然而传统有机肥有效养分含量低,肥效慢,施用量大,在制造和施用过程中耗费大量的人力和物力,经济效益低。生物肥料通过大量有益微生物的活动,可以增进土壤肥力,刺激和调控作物生长,增强抗逆和抗病能力,提高作物品质。但由于其本身不含营养元素,是一种间接型肥料,不能完全代替化肥和有机肥。因此,迫切需要研制能够集化肥速效、有机肥长效和生物肥增效为一体的新型肥料生产技术并将其产业化推广并长期使用,进而达到提高单产、改良土壤结构、大幅度提升耕地有机质含量、构建出健康高产的土壤微生物区系的目的,最终完成国家确立的到2020年新增1000亿斤粮食生产能力的目标。新型全元生物全元生物有机肥,兼具生物菌的活化土壤、转化土壤养分的功能,有机质培肥土壤、改良土壤的特点和无机养分的速效功能;能够增加土壤中氮素、有机质、可溶性磷、可溶性钾的营养物质含量,增加土壤中有益微生物的种群和数量,同时能够增强作物的抗病、抗旱能力以及代谢机能;该类肥料的全面推广应用,能够不对提高肥料的利用率;对提高作物产量、改善作物品质、增加农民经济收入都有着积极的作用。同时新型全元复合肥的研发能够大幅度提升有机肥与生物有机肥的附加值,从而进一步推动该类企业的发展,深入资源化有机废弃物保护环境。现有生物肥产品标准:(1)微生物菌剂(功能菌含量:液体2×108/ml,粉剂2×108/g,颗粒1×108/g),过分强调微生物菌种(2)复合微生物肥料(功能菌2×107/g、无机养分6%以上),过分强调无机养分含量,而没有有机质指标(3)生物有机肥(功能菌2×107/g、有机质45%),过分强调有机质、无机养分过低,当季作物(尤其是作物生长早期)的效果不明显。拟设计的新型全元生物有机肥产品标准:(4)功能菌2×107/g、无机养分10-15%(含速效和缓效)、有机质25-35%,满足当季作物养分需求、显著抑制土壤酸化、有效调控土壤微生物区系、持久性提高土壤肥力。

    我国目前肥料产业概况存在以下问题:1)合成氨(尿素产能过剩);2)磷钾肥的矿产资源严重不足;3)无机复合肥企业多如牛毛,利润微薄;4)控缓释肥料生产企业数量不多,技术与价格有待进一步改善;5)有机肥企业比无机复合肥企业数量还多,但规模小,平均每个企业年生产量为2100吨;6)生物肥或生物有机肥企业300多家,登记产品2058个,平均每个企业的年生产量比有机肥还小;7)真正的生物肥或生物有机肥总产不足150万吨,所登记的生物肥或生物有机肥企业中,绝大部分企业都没有菌种生产条件,不是真正的生物肥或生物有机肥企业。全元生物有机肥市场前景广阔,14亿亩粮食作物,每年施一次,以提供养分和提高土壤肥力,按100公斤/亩年计算,则每年需要1.4亿吨全元生物有机肥;5亿亩/年次经济作物,每年施一次,以提供养分和改善土壤微生物区系,按200公斤/亩次计算,则每年需要1亿吨全元生物有机肥;二者合计需要2.4亿吨全元生物有机肥,按出厂价1300/吨计算,可创造3120亿元的肥料产值。因此,在未来的肥料产业发展中,要进行全元生物有机肥产业(企业)的布局,在我国现有上万家无机复合肥、有机肥、生物肥和生物有机肥企业中培植100-200家大、中型全元生物有机肥企业,年产量达到50-100万吨/个,引领我国全元生物有机肥行业。

    在全元生物有机肥产业发展过程中,进一步推动研发平台的建立,进一步提升研发水平。

   (1)建立农业微生物菌种资源库,并不断发现和获取新菌株,并不断强化其功能;

   (2)建立不同固体有机废弃物堆肥资源化利用的研发平台;

   (3)建立控缓释肥和稳定性氮肥研发平台;

   (4)建立全元生物有机肥研发的交叉融合平台。

   未来的重大工程和主要研究内容如下:

   (1)促进根系生长、防控土传病害、转化土壤养分、消减与钝化根际有毒有害物质等特定功能的农业微生物菌种资源挖掘与利用。传统的肥料概念都是的,养分只能利用30%-40%,将来的肥料产业会向肥料方向发展,肥料有可能使养分利用效率显著提高,生物肥料起到四两拨千斤作用。

   (2)研发与建立不同固体有机废弃物堆肥资源化利用技术与工艺。提高堆肥增氧效率和复配高温堆肥菌种是关键技术,需要根据不同来源的废弃物,建立配套工艺与技术,满足变化多端的有机废弃物资源化利用产业需求。

   (3)肥效型农业功能微生物菌株与有机物料适配技术研究。研究不同外源功能微生物的营养特征及其与不同有机物料的复配技术和二次固体发酵工艺,研究功能微生物在产品储存过程中的活性保持技术。

  (4)研发控缓释肥和稳定性肥的技术与工艺:

   ①新型廉价优质缓控释材料与控释机理研究;

   ②新型缓控释肥工艺及装备的技术集成与产业化研究;

   ③氮肥的生物化学稳定技术研究。

  (5)研发新型全元生物有机肥的复配技术与工艺。新型全元生物有机肥需要合适的速效、控缓释以及稳定性氮肥的合理复配,也需要功能菌与有机物料的最佳配合,更需要化肥、有机、生物三者的融合,根据不同土壤、不同作物和不同气候条件,研发不同的新型全元生物有机肥料品种,为全国大型企业源源不断提供新型全元生物有机肥品种。

(本文摘自第十二届全国土壤微生物学术讨论会暨第五届全国微生物肥料生产技术研讨会论文集)

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